蒸汽压缩式制冷系统及制冷剂的选择.

一、蒸汽压缩式制冷系统简介1.蒸汽压缩式制冷系统类型直接供液制冷系统、重力式供液制冷系统氨泵强制氨液循环制冷系统2．蒸汽压缩式制冷系统的机械与设备主要设备包括：压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、氨液贮罐、气液分离器、空气分离器、油氨分离器等压缩机：作用是压缩经过蒸发器蒸发吸收了大量热能的制冷剂，以便于其冷凝放出所吸收的热能。压缩机类型包括往复式压缩机、回转式压缩机、离心式压缩机三类，按照压缩机汽缸的轴线方向分卧式压缩机和立式压缩机两类冷凝器：作用是使高温高压的过热蒸汽冷却，冷凝成高压氨液，并将热量传递给周围介质。冷凝器一般采用管壳式换热器膨胀阀：作用是：降低压力；控制流量；调节蒸发器的工况。制冷装置中常用的膨胀阀分两类，一类是手动调节阀，另一类是自动膨胀阀。手动调节阀依靠人工来调节阀的开启度，调节适量的制冷剂从高压区流向低压区。其特点是调节迅速，结构简单，但供液量不能随热负荷的变化而自动调节。自动膨胀阀有多种，用液位调节的有浮球调节阀等，用蒸汽过热度调节的有热力膨胀阀等蒸发器：蒸发器的作用是使低温低压的液体制冷剂汽化吸热。主要有立管式和卧式两种。氨液贮罐：氨液贮罐位于冷凝器和蒸发器之间，其作用是贮存和供应制冷系统内的液体制冷剂，使系统各设备内具有均衡的氨液量，以保证压缩机的正常运转。气液分离器：作用是维持压缩机的干冲程，同时将送入冷却排管（蒸发器）液体内的气体分出，以提高制冷效率。冷冻机运转时，如液体制冷剂被吸入压缩机，氨液受压缩而温度升高，体积膨胀并产生较大的压力，使汽缸遭受冲击，甚至使压缩机损坏。同时，液体制冷剂将迅速汽化而降低压缩机的吸气能力空气分离器：作用是分离并排除制冷系统中的空气及不凝性气体,以保证制冷系统的正常运转。空气分离器的工作原理是将气-氨混合物在冷凝压力下冷却到蒸发温度，使氨气凝结成液体，从而将空气及不凝性气体加以分离油氨分离器:除去压缩后氨气中携带的油雾。常用的油氨分离器有洗涤式、填料式、离心式二、制冷剂与载冷剂的选择1.制冷剂及其选用制冷剂：在制冷系统中，借以吸取被冷却介质或载冷剂的热量，并将热量传递给周围介质的循环工质（1）冷制剂的要求：从热力学方面考虑，冷制剂应符合的以下要求①常压下，制冷剂的沸点要低。②常温下，制冷剂的冷凝压力不宜过高。③单位容积制冷剂的产冷量要大。④临界温度要高。便于使用一般的冷却水或空气作为冷却介质将其冷凝。⑤凝固温度要低，便于获得低的蒸发温度。⑥压缩终了，制冷剂的温度不应太高，以免压缩机的润滑条件变得恶化。⑦黏度和密度要小。⑧导热系数要大。选择冷制剂时还应从以下几个方面①化学性质稳定。在高温下，不易分解、不易燃烧、不易爆炸。②具有一定的吸水性。不至于在制冷系统中形成“冰塞”而影响制冷设备的正常运行。③对金属等无腐蚀作用。对装置中所使用的材料无腐蚀性。④渗透性要弱。如果发生泄漏，应能迅速地确定泄漏处。⑤对人体无损害、无毒性、无刺激、无燃烧和爆炸的危险，使用安全。⑥价格低廉、易于获得。（2）、制冷剂的分类根据常压下的蒸发温度Ts的不同，可分为3类：①高温制冷剂：Ts＞273K，如R11、R113、R114等。②中温制冷剂：当213K＜Ts≤273K，如氨（R717）、R12、R22、R502、丙烯等。③低温制冷剂：≤213K，如R13，R14，乙烯等。（3）．常用的制冷剂①氨（R－717）优点是：易于获得，价格低廉；压力适中；单位容积产冷量大；不易溶解于润滑油；对流放热系数高；在管道中流动阻力小；易发现泄漏。缺点是：有刺激性臭味；有毒；会燃烧和爆炸；对铜和铜合金有腐蚀作用②氟利昂：是饱和碳氢化合物的卤素衍生物的总称，种类繁多，性能各异，但又有其共同的特性。优点是：无毒；不易燃烧；绝热压缩时，排气温度低；相对分子质量大，适用于离心式压缩机。缺点是：价格昂贵；容易泄漏，而且泄漏时不易发现；含有氯原子的氟利昂与明火接触时会分解出有毒的光气（COCl2）；对流放热系数低；单位容积制冷量小，因而制冷剂的循环量大；相对密度大，流动阻力大。工业中常用的氟利昂制冷剂二氟二氯甲烷（R-12）：三氟一氯甲烷（R-13）：低温二氟一氯甲烷（R-22）：中温一氟三氯甲烷（R-11）：高温共沸溶液制冷剂，如R-500、R-502：混合制冷剂名称氨R-11R-12R-500(R-12与R-152a的共沸混合物)R-502(R-22与R-115的共沸混合物)二氧化碳化学分子式NH3CCl3FCCl2F2CF2Cl2/C2H4F273.8/26.2CHF2Cl/C2H5Cl46-8.8/51.2CO2常压下沸点/℃-33.423.6-29.8-33.3-45.6-78.5凝固温度/℃-77.7-110.1-158.2-158.9-临界温度/℃132.4198110.5105.590.031临界压力(绝对)/MPa10.434.384.0143.042.667.39-15℃时蒸发压力(绝对)/MPa0.2360.0210.1832.29-15℃蒸发,30℃冷凝的压缩比4.946.194.0753.14-15℃时汽化潜热/（kJ/kg）1312.4191.8161.6260.7制冷系数4.875.234.72.56使用温度范围/℃-60～100～10-60～10-60～02.载冷剂的选择（1）．制冷剂的冷却方式：直接式冷却、间接式冷却直接式冷却：直接式冷却是利用制冷剂直接从被冷却物体中吸收热量，使被冷却物体达到所要求的低温。优点是：系统简单；操作方便，适用于小型的冷冻间；降温速度快；可获得较低的温度；耗电量小。缺点为：氨用量大；无缝钢管耗量大；氨液容易被吸入压缩机，造成湿冲程。间接式冷却间接式冷却是利用中间介质将制冷系统产生的“冷量”传给冷冻系统进行冷却，具有以下优点。①氨循环量较小。②无缝钢管耗量较小。③可预先冷却大量的载冷剂，供冷冻系统使用。④当全厂需要冷冻的地方较多时，可设计一大型蒸发器，将冷冻盐水分送到多处使用。⑤由于载冷剂的循环量较大，温度容易保持稳定，特别适用于生产过程中的冷却降温。⑥盐水系统的安装比较容易。⑦发生事故的危险性小。其缺点是：系统复杂；耗电量较大；盐水对设备及管路的腐蚀性较大；维修费用较高。（2）．载冷剂的选择载冷剂的基本要求。①凝固温度低：只有冰点低于使用温度，才不会因载冷剂冻结而损坏设备。②比热容大：在传送一定冷量时，载冷剂的比热容越大，则载冷剂的循环量越小。③导热系数大导热系数大，可减小换热设备的传热面积。④黏度、密度小：可减小流动阻力。⑤挥发性小：在使用温度范围内，应不会气化。⑥腐蚀性小：不会腐蚀设备、管道及其它附件。⑦化学性质稳定：不易燃烧，在使用过程中不分解、不变质。⑧无毒：与产品接触时，不会造成污染。⑨价格低廉，易于购买。常用的载冷剂及其性质。①水：常压下水的冰点为0℃，所以通常用于空调及生产过程中的冷却降温。②无机盐的水溶液：工业上，常用氯化钙、氯化镁等无机盐调制成盐水。盐水的种类和浓度不同，其冻结温度也不同。在具体选择盐的种类，确定盐水的浓度时，应首先考虑冷却所需达到的温度。氯化钙水溶液的最低冻结温度为-55℃,实际应用时不宜低于-45℃；氯化钠水溶液的最低冻结温度为-21℃,而实际应用时不宜低于-18℃。③有机载冷剂：常用的有机载冷剂有：乙二醇、丙二醇、乙醇等。